النواة المركزية  

   النواة المركزية

إن بعض مواد البناء كالبيتون والآجر يمكن أن تتحمل جزءا بسيطا من الإجهادات الشادة ، في حين أن هناك موادا أخرى مثل الغضار لا يقاوم كليا إجهادات الشد ، ومثل هذه المواد تستخدم لتصنيع عناصر التي لا تتولد فيها إجهادات شد ، أي : لا تعمل على الانعطاف أو الشد المركزي أو الشد اللامركزي .

إن العناصر التي تتعرض للضغط المركزي لا تتولد فيها إجهادات شد فيمكن عندئذ أن تصنع من المواد المذكورة أعلاه . وبناء على ذلك يمكن من هذه المواد تصنيع عناصر مضغوطة لا مركزيا ، إذا لم يتولد فيها إجهادات شد . وهذا يحدث فقط في حالة وقوع نقطة تطبيق القوة الضاغطة داخل منطقة محدودة من المقطع العرضي والتي تسمى بالنواة المركزية .

فالنواة المركزية هي تلك المنطقة المحيطة بمركز ثقل المقطع بحيث إذا طبقنا في إحدى نقاطها قوة ضاغطة نتج عنها إجهادات ضغط في كل نقاط المقطع العرضي أي تكون الإجهادات فيها (في النواة ) ذات إشارة واحدة .

فإذا كانت القوة مطبقة خارج حدود النواة المركزية ، فسيتولد عندئذ في المقطع العرضي إجهادات ضغط وإجهادات شد . في هذه الحالة نجد أن المحور المحايد يتقاطع مع المقطع العرضي للعنصر ، أما إذا كانت القوة مطبقة في حدود النواة المركزية ، فالمحور المحايد عندئذ يمس محيط المقطع (في نقطة أو في خط ) ، وفي هذا التماس تكون الإجهادات الناظمية مساوية الصفر .

- فمن أجل معرفة شكل وأبعاد النواة المركزية لمقطع عرضي ، من الضروري معرفة جميع الأوضاع المحتملة لمماسات محيط هذا المقطع . وبفرض أن هذه المماسات هي عبارة عن محاور محايدة ، فإننا نوجد الإحداثيات المحيطية لنقاط النواة المركزية بالنسبة لمحاور المقطع الرئيسي وبهذه النقاط نستطيع أن نحدد النواة المركزية .

فإذا كان لدينا المقطع العرضي المبين بالشكل رقم (1) .

الشكل رقم (1)

نفرض أن المحور المحايد (I – I ) ينطبق على الضلع AD ، ثم نوجد أطوال أجزاء تقاطعه مع محاور العطالة الرئيسية ، ثم بالتبديل بالعلاقة رقم (4) من المقال (تأثير عزم الانعطاف والقوى المحورية في آن واحد (تحديد موضع المحور المحايد )) نوجد إحداثيات نقطة تطبيق القوة (y_p , z_p) ولنسميها النقطة (1) .

بنفس الطريقة نعين النقطة (2) الموافقة للمحور المحايد (II - II) المنطبق على الضلع BD وكما ذكر سابقا ، بأنه عند انتقال القوة على مستقيم فإن المحور المحايد يدور حول نقطة ، والعكس صحيح ، فإذا دار المحور المحايد حول نقطة ما فإن القوة تنتقل على مستقيم ما .

وهكذا عند انتقال المماس من الوضعية (I – I) إلى الوضعية (II - II) ، فإنه يدور  حول نقطة D ، وبالتالي ستنتقل القوة على طول المستقيم 1 – 2 لذي يشكل أحد أضلاع النواة المركزية .

وبنفس الطريقة نحدد مكان رؤوس النواة المركزية 6,5,4,3 الموافقة للمحاور المحايدة (III - III) ، (IV - IV) ، (V - V) ، وعند وصلها مع بعضها بخطوط مستقيمة ، فإن السطح الموجود داخل ذلك المحيط هو عبارة عن النواة المركزية .

ملاحظة : في بعض الحالات عندما يكون للمقطع زاوية داخلية (الشكل رقم (2)) ، فإن عدد أضلاع النواة المركزية لا يتطابق مع أضلاعه .

- وهذا يمكن تفسيره المحور المحايد يجب ألا ينطبق على أي من الضلعين BC , AB المشكلين لتلك الزاوية ، لأنه في هذه الحالة سيكون قاطعا للمقطع العرضي وليس مماسا لمحيطه .

الشكل رقم (2)

ويمكن تلخيص خطوط إنشاء النواة المركزية بالخطوات التالية :

-1 نعين الخواص الهندسية للمقطع العرضي (مركز ثقله ، المحاور الرئيسية ، مساحته ، عزوم العطالة الرئيسية ، أنصاف أقطار العطالة) .

-2 إذا كان للمقطع العرضي شكل مضلع متعدد الرؤوس ، يؤخذ عندئذ كل من أضلاعه كمحور محايد ، ونعين القطب الموافق لكل محور  (القطب يعني نقطة تأثير القوة ) ، وبالوصل بين الأقطاب نحصل على محيط النواة المركزية .

-3 إذا كان للمقطع زاوية داخلية ، يؤخذ المحور المحايد بحيث يشكل مع ضلعي الزاوية مثلثا .

- نوضح في المثال التالي تعيين النواة المركزية لمقطع عرضي.

مثال :